传感器原理及应用ppt课件.ppt

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1、第2章传感器的一般特性可将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络输入(X)输出(Y)传感器系统慢变信号——输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们讨论研究传感器静态特性，即不随时间变化的特性;快变信号——输入量随时间（t）较快变化时（如振动），我们考虑输出传感器动态特性，即随时间变化的特性；同一个传感器对不同的输入信号输出特性也是不同；由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）影响，对快变信号与慢变信号反应大不相同。根据快变与慢变信号，分别讨论传感器的静态特性、动态特性。1.1传感器的静态特

2、性通常希望传感器的输出量Y与其输入量X成线性关系：YXO即：但往往做不到这一点，现实往往是：这里a1称之为灵敏度，常用K表示。第1章传感器的一般特性因此，稳态下，输出量Y与输入量X的实际关系：YXO如果在我们关心的输入量范围内，Y与X的关系接近线性，可用这段直线来代替，即线性化。a0a0称为零位输出。如何得到Y与X的关系曲线？（如何获知绝对真理）这种线性化的前提“接近线性”，如何来评判？1.1传感器的静态特性第1章传感器的一般特性我们用静态校准曲线来代替Y与X的真实关系。1.1传感器的静态特性相对真理校准曲线是

3、指：在标准工作状态下，利用一定精度等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，可得到一组“输入-输出”数据，将这些数据列成表格，再画出各被测量值（正行程反行程）对应输出平均值的连线，即为传感器的静态校准曲线。YXO第1章传感器的一般特性1、线性度在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比，即：YXOXmaxYF·S△Ymax其中，△Ymax——为校准曲线与拟合直线间最大偏差YF·S——传感器满量程输出1.1传感器的静态特性第1章传感器的一般特性端基法将传感器校准数据的零点输出平均值a0

4、和满量程输出平均值b0连成直线a0b0作为传感器特性的拟合直线，其方程为：YXa0b0式中a0为Y轴上的截距；K为直线的a0b0斜率显然，这种方法只用到了两个校准点，精度较低。但这种方法简单直观，可用在非线性度较小的场合。1、线性度1.1传感器的静态特性常用拟合方法第1章传感器的一般特性最小二乘法用最小二乘原则拟合直线，可使拟合精度最高。设有n个校准点(Xi,Yi)（i=1,……n）要求的拟合直线方程为：Y=a0+KX这里的a0和K为待求参数。设第i个点与拟合直线间线差为：最小二乘法的原则是找到让最小的a0和K

5、值。常用拟合方法1、线性度1.1传感器的静态特性0YYiXy=kx+bXi最小二乘拟合法第1章传感器的一般特性传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。如果要考虑传感器的非线性时，可用局部（某点处）的灵敏度来描述。XY0ΔXΔYXY0dxdydxdy1.1传感器的静态特性2、灵敏度第1章传感器的一般特性传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合时称为迟滞。或迟滞反映了传感器机械结构和制造工艺的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺钉松动、元件腐蚀等。1.1传感器的静态特性3、迟滞第1章传感器

6、的一般特性迟滞误差用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的百分数表示。例：电子秤砝码重量（x)10g——50g——100g——200g加砝码时输出(y)0.5mV2mV4mV10mV减砝码时输出(y)1mV3mV6mV10mV速度越快这种现象越明显。传感器在同一工作条件下，在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。其中：2~3为置信度;为标准差，若用贝赛尔公式计算，为注：重复性反映的是测量结果偶然误差的大小，不表示与真值之间的差别。有时重复性虽然很好，但可能远离真值。1.1传感器的静态

7、特性4、重复性第1章传感器的一般特性低精密度、低准确度高精密度、低准确度低精密度、高准确度高精密度、高准确度与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)。1.1传感器的静态特性5、精度精密度：随机误差准确度：系统误差精确度：是精密度与准确度的总和，即第1章传感器的一般特性精度等级传感器与测量仪表等级A以一系列标准百分数值进行分档：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0-测量范围内允许的最大绝对误差-满量程输出例：检定一台1.5级刻度0-100Pa压力传

8、感器，现发现50Pa处误差最大为1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？解：根据50Pa处来计算精度等级：1.4<1.5，所以该传感器合格的。1.1传感器的静态特性5、精度第1章传感器的一般特性6.分辨力(1)阈值。当传感器的输入从零开始缓慢增加时，只有在达到了某一值后，输出才发生可观测的变化，这个值说明了传感器可测出的最小输入量，称为传感器的阈值。(2)分辨力。当传感器的输入从非零的任